DE10129842C1 - Process for the production of a bioactive bone cement and bone cement kit - Google Patents
Process for the production of a bioactive bone cement and bone cement kitInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines bioaktiven Knochenzements und einen Knochenzement-Kit zur Verankerung künstlicher Gelenke sowie zum Ausfüllen von Knochendefekten. Erfindungsaufgabe ist die Vermeidung mit der Polymerisation verbundener Nebenprodukte und nachteiliger Auswirkungen und gleichzeitig dem Knochenzement Lagerzeitstabilität, Bioaktivität und chemische Beständigkeit zu verleihen. Das erfindungsgemäße Verfahren geht aus von einem monomerfreien Polymethylmethacrylat und vermischt dieses mit einem geeigneten nichttoxischen Lösungsmittel sowie einem bioaktiven, glasig-kristallinen Material mit einer Korngröße im Bereich von > 20 bis 200 mum, bestehend aus 15-45 Gew.-% CaO, 40-45 Gew.-% P¶2¶O¶5¶, 10-40 Gew.-% ZrO¶2¶ und 0,7-3,5 Gew.-% Fluorid, und als Hauptkristallphasen Apatit und Calciumzirconiumphosphat und als Nebenbestandteil eine Glasphase aufweisend, bis zum Erhalt einer fließfähigen Mischung. Ein Knochenzement-Kit aus diesen Bestandteilen wird ebenfalls beschrieben.The invention relates to a method for producing a bioactive bone cement and a bone cement kit for anchoring artificial joints and for filling in bone defects. The object of the invention is to avoid by-products and adverse effects associated with the polymerization and at the same time to give the bone cement shelf-life stability, bioactivity and chemical resistance. The method according to the invention is based on a monomer-free polymethyl methacrylate and mixes this with a suitable non-toxic solvent and a bioactive, glassy-crystalline material with a grain size in the range from> 20 to 200 μm, consisting of 15-45% by weight CaO, 40- 45% by weight P¶2¶O¶5¶, 10-40% by weight ZrO¶2¶ and 0.7-3.5% by weight fluoride, and the main crystal phases are apatite and calcium zirconium phosphate and the secondary component is a glass phase having until a flowable mixture is obtained. A bone cement kit made from these components is also described.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines bioaktiven Knochenzements und einen Knochenzement-Kit zur Verankerung künstlicher Gelenke sowie zum Ausfüllen von Knochendefekten.The invention relates to a method of manufacture a bioactive bone cement and a bone cement kit for anchoring artificial joints and for filling in Bone defects.
Knochenzemente für die Gelenkverankerung und für sonstige Knochendefekte bestehen aus einem Kunststoff, in der Regel basierend auf Methylmethacrylat bzw. verwandter Substanzen, teilweise unter Zusatz weiterer Ester der Acryl- bzw. Metha crylsäure. Solche Knochenzemente sind z. B. in der DE 196 41 775 A1 beschrieben. Häufig wird dabei die Kombination Benzoyl peroxid/Dimethyl-p-Toluidin als Katalysator im flüssigen Mono mer verwendet, wie in der DE 196 35 205 nachteilig herausge stellt. Üblicherweise werden Knochenzemente aus zwei Komponen ten angemischt. Eine Komponente enthält das flüssige Monomer, die andere Komponente ein pulverförmiges Polymerisat, das in Form kugelförmiger Partikel mit einem Durchmesser von ca. 100 µm vorliegt.Bone cements for anchoring joints and for others Bone defects are made of a plastic, usually based on methyl methacrylate or related substances, partly with the addition of further esters of acrylic or metha acrylic acid. Such bone cements are z. B. in DE 196 41 775 A1 described. The combination benzoyl is often used peroxide / dimethyl-p-toluidine as a catalyst in the liquid mono mer used, as in DE 196 35 205 disadvantageously out represents. Usually, bone cements are made up of two components mixed. One component contains the liquid monomer, the other component is a powdered polymer that is used in Shape of spherical particles with a diameter of approx. 100 µm is present.
Für die zur Kontrolle erforderliche Röntgenopazität wer den Röntgenkontrastmittel zugesetzt. Bekannte Röntgenkontrast mittel sind BaSO4 und ZrO2, die in Mengen zwischen 7 und 30% zugesetzt werden.For the X-ray opacity required for control, the X-ray contrast medium is added. Known X-ray contrast media are BaSO 4 and ZrO 2 , which are added in amounts between 7 and 30%.
Ein Knochenzement-Kit aus 15-50 Gew-% eines gelösten monomerfreien Polymethylmethacrylates und 3 bis 30 Gew-% eines biologisch verträglichen zinkhaltigen Pulvers und 0,05 bis 80 Gew-% eines biokeramischen Materials wurde bereits vorgeschla gen (DE 199 63 251 A1).A bone cement kit made from 15-50% by weight of a dissolved monomer-free polymethyl methacrylates and 3 to 30% by weight of one biologically compatible zinc-containing powder and 0.05 to 80% by weight a bio-ceramic material has already been proposed gen (DE 199 63 251 A1).
Inzwischen sind eine Vielzahl von Knochenzementen in der Anwendung, dennoch sind sie noch immer mit Nachteilen behaf tet. A large number of bone cements are now available in the Application, yet they still suffer from disadvantages tet.
Ein grundsätzliches Problem besteht darin, daß während der Polymerisation exotherm Wärme freigesetzt wird. Steigt die dabei auftretende Temperatur über 50°C an, werden die im Kon takt befindlichen Knochenzellen geschädigt. Die tatsächliche thermische Beanspruchung von Körperzellen an der Kontaktzone zum polymerisierenden Knochenzement ist nur mit großer Unge nauigkeit vorherzusagen. Sie hängt von der Dicke der einge brachten Schicht und der Wärmeleitfähigkeit über die Prothe senkomponenten und vom Knochen ab. Laborversuche zeigten, daß unter bestimmten Bedingungen mit handelsüblichen Zementen während der Polymerisation Maximaltemperaturen von bis zu 110°C auftreten können, so daß Verbrennungen als Folgeerschei nungen zu beobachten sind. Hier erscheinen Verbesserungen notwendig.A fundamental problem is that while exothermic heat is released during the polymerization. Increases the occurring temperature above 50 ° C, the in the con damaged bone cells. The actual thermal stress on body cells in the contact zone to polymerizing bone cement is only with great inappropriateness predict accuracy. It depends on the thickness of the inserted brought layer and thermal conductivity over the prosthesis sub-components and from the bone. Laboratory tests showed that under certain conditions with commercially available cements during the polymerization maximum temperatures of up to 110 ° C can occur, so that burns as a consequence can be observed. Improvements appear here necessary.
Ein weiteres Problem der bisher bekannten Knochenzemente ist damit verbunden, daß sowohl stets vorhandenes restliches Monomer als auch andere Zusätze wie der Stabilisator Hydrochi non (Giftklasse 3) sowie der Akzelerator N,N-Dimethyl-p-tolui din (Giftklasse 2) herausgelöst und damit schädigend wirken können.Another problem with the previously known bone cements is connected with the fact that there is always something remaining Monomer as well as other additives like the stabilizer Hydrochi non (poison class 3) and the accelerator N, N-dimethyl-p-tolui din (poison class 2) and thus have a damaging effect can.
Weiterhin nachteilig kann sich das aus der Polymerisation ergebende Schrumpfen auswirken, was sich schließlich in der Lockerung der Prothese widerspiegeln kann.The polymerization can also be disadvantageous resulting shrinkage affect what will eventually result in the May reflect loosening of the prosthesis.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bisherige poly merisationsbedingte Komponenten oder Wirkungen zu vermeiden und gleichzeitig dem Knochenzement Langzeitstabilität, Bio aktivität und chemische Beständigkeit zu verleihen.The invention is based on the problem of previous poly avoid merization-related components or effects and at the same time the bone cement long-term stability, bio to give activity and chemical resistance.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines
Knochenzementes löst die o. g. Probleme, indem die Polymerisa
tion als solche bei der Bildung des Knochenzementes vollstän
dig vermieden wird. Erfindungsgemäß besteht das Verfahren
darin, daß man
15 bis 50 Gew-% eines monomerfreien Polymethylmethacrylates
(PMMA) mit einer mittleren Molmasse von 3000 bis 200 000 Dalton
und einer Säurezahl von 10 bis 350 mg KOH pro g Polymer
mit einem biologisch verträglichen, organischen Lösungsmittel
oder Lösungsmittelgemisch für das PMMA vermischt, und der
Mischung 0,05 bis 80 Gew-% eines bioaktiven, glasig-kristal
linen Materials mit einer Korngröße im Bereich von < 20 bis 200 µm
unter Rühren und bei einer Temperatur von 10 bis 50°C
zusetzt bis zum Erhalt einer fließfähigen Mischung mit einer
offenen Verarbeitungszeit im Bereich von 1 bis 20 Minuten,
wobei das glasig-kristalline Material aus 15-45 Gew-% CaO,
40-45 Gew-% P2O5, 10-40 Gew-% ZrO2 und 0,7-3,5 Gew-%
Fluorid besteht und als Hauptkristallphasen Apatit und Calci
umzirconiumphosphat und als Nebenbestandteil eine Glasphase
enthält, worin die Hauptkristallphasen zusammen wenigstens 35 Gew-%
betragen und die Nebenbestandteile 5 bis 15 Gew-% betra
gen.The method according to the invention for producing a bone cement solves the above-mentioned problems by completely avoiding the polymerization as such during the formation of the bone cement. According to the invention, the method consists in that one
15 to 50% by weight of a monomer-free polymethyl methacrylate (PMMA) with an average molecular weight of 3000 to 200,000 Dalton and an acid number of 10 to 350 mg KOH per g of polymer
mixed with a biologically compatible, organic solvent or solvent mixture for the PMMA, and the mixture 0.05 to 80% by weight of a bioactive, vitreous-crystalline material with a grain size in the range of <20 to 200 μm with stirring and at one temperature from 10 to 50 ° C is added until a flowable mixture is obtained with an open processing time in the range from 1 to 20 minutes, the glassy-crystalline material consisting of 15-45% by weight CaO, 40-45% by weight P 2 O 5 , 10-40% by weight ZrO 2 and 0.7-3.5% by weight fluoride and contains apatite and calcium zirconium phosphate as the main crystal phases and a glass phase as the secondary component, in which the main crystal phases together are at least 35% by weight and the secondary components 5 up to 15% by weight.
Durch den Verzicht auf eine innerhalb der Mischung ablau fende Polymerisationsreaktion kann ein Einsetzen und Aushärten bei Körpertemperatur realisiert werden. Zu diesem Zweck wird ein säurezahlmodifiziertes PMMA entsprechender Molmasse in einem dafür geeigneten Lösungsmittel gelöst, z. B. Acetylessig säure-ethylester oder Mischungen von Acetylessigsäureethyle ster mit Ethanol, der bis zu 4 Vol-% Wasser enthalten kann. Die sich ergebende klebrige, fließende Komponente wird nun mit einem Pulvergemisch aus dem glasig-kristallinen Material und gegebenenfalls aus zusätzlicher vollständig oder teilweise resorbierbarer und/oder langzeitstabiler Biokeramik sowie gegebenenfalls TiO2 vermengt. Dabei haben die pulverförmigen Bestandteile Korngrößen im Bereich von < 20 bis 200 µm. Im Ergebnis dieser Prozedur entsteht ex vivo eine fließfähige, spritzbare und formbare Masse, die über einen Zeitraum von einigen Minuten, z. B. 1-10 min, in Abhängigkeit vom Pulver anteil, verarbeitet werden kann.By dispensing with a polymerization reaction taking place within the mixture, onset and curing can be achieved at body temperature. For this purpose, an acid number-modified PMMA of the corresponding molar mass is dissolved in a suitable solvent, e.g. B. Acetylessig acid ethyl ester or mixtures of Acetylessigsäureethyle ster with ethanol, which can contain up to 4% by volume of water. The resulting sticky, flowing component is then mixed with a powder mixture of the vitreous-crystalline material and optionally of additional completely or partially resorbable and / or long-term stable bioceramics and optionally TiO 2. The powdery components have grain sizes in the range from <20 to 200 µm. As a result of this procedure, a flowable, injectable and malleable mass is created ex vivo, which over a period of a few minutes, e.g. B. 1-10 min, depending on the powder proportion, can be processed.
Bevorzugt wird ein Polymethylmethacrylat mit einem Anteil von 30 bis 35 Gew-% eingesetzt.A polymethyl methacrylate with a portion is preferred used from 30 to 35% by weight.
Die mittler Molmasse des PMMA kann vorteilhaft im Bereich von 20000 und 80000 Dalton liegen.The mean molar mass of PMMA can advantageously be in the range between 20,000 and 80,000 Daltons.
Die Säurezahl kann vorteilhaft im Bereich von 25 bis 65 mg KOH pro g Polymer liegen. Die Säurezahl gibt in diesem Zusammenhang die Anzahl der mg KOH an, die zur Neutralisation von 1 g der Polymerprobe verbraucht wird. Sie ist ein wesent liches Kriterium, da die Anzahl der freien Carboxylgruppen am Polymeren für die Bindung der Metallkomponenten wichtig ist.The acid number can advantageously be in the range from 25 to 65 mg KOH per gram of polymer. The acid number gives in this Relation to the number of mg KOH that are necessary for neutralization of 1 g of the polymer sample is consumed. She is an essential Lich criterion, since the number of free carboxyl groups on the Polymers is important for binding the metal components.
Das säurezahlmodifizierte Acrylat kann hergestellt werden aus Methylmethacrylat und Methacrylsäure in einer Suspensions polymerisation, wobei das Verhältnis der Molmasse so gewählt werden muß, daß die gewünschte Säurezahl erhalten wird. Des weiteren wird das säurezahlmodifizierte Polymere durch alkali sche Verseifung eines Polymeren aus Methylmethacrylat und Ethylmethacrylat erhalten. Der Anteil des Ethylmethacrylates liegt zwischen 2 und 10 Mol, vorzugsweise bei 6 Mol.The acid number modified acrylate can be produced from methyl methacrylate and methacrylic acid in a suspension polymerization, the ratio of the molar mass chosen must be that the desired acid number is obtained. Des the acid number-modified polymer is further enhanced by alkali cal saponification of a polymer made from methyl methacrylate and Obtained ethyl methacrylate. The proportion of ethyl methacrylate is between 2 and 10 mol, preferably 6 mol.
Ein bevorzugtes glasig-kristallines Material enthält 23-39 Gew-% CaO, 40-45 Gew-% P2O5, 20-35 Gew-% ZrO2 und 1-3 Gew-% Fluorid und enthält als Hauptkristallphasen Apatit und Calciumzirconiumphosphat und als Nebenbestandteil eine Glasphase, wobei die Hauptkristallphasen zusammen wenigstens 35 Gew-% betragen und die Nebenbestandteile 5 bis 15 Gew-% betragen.A preferred glassy-crystalline material contains 23-39% by weight CaO, 40-45% by weight P 2 O 5 , 20-35% by weight ZrO 2 and 1-3% by weight fluoride and contains apatite and calcium zirconium phosphate as the main crystal phases a glass phase as a secondary component, the main crystal phases together amounting to at least 35% by weight and the secondary components amounting to 5 to 15% by weight.
Ein ebenfalls bevorzugtes glasig-kristallines Material enthält 23-39 Gew-% CaO, 40-45 Gew-% P2O5, 20-35 Gew-% ZrO2 und 1-3 Gew-% Fluorid sowie zusätzlich 0,1 bis 6 Gew-% Na2O, und es enthält als Hauptkristallphasen Apatit und Calci umzirconiumphosphat und als Nebenbestandteil eine Glasphase und zusätzlich als Nebenbestandteil eine Natriumzirconium phosphat-Phase. Dabei beträgt der Anteil der Hauptkristall phasen zusammen wenigstens 35 Gew-%, und die Nebenbestandteile können jeweils 5 bis 15 Gew-% betragen.Another preferred glassy-crystalline material contains 23-39% by weight of CaO, 40-45% by weight of P 2 O 5 , 20-35% by weight of ZrO 2 and 1-3% by weight of fluoride and also 0.1 to 6 % By weight Na 2 O, and it contains apatite and calcium zirconium phosphate as the main crystal phases and a glass phase as a secondary component and a sodium zirconium phosphate phase as a secondary component. The proportion of the main crystal phases together is at least 35% by weight, and the secondary constituents can each be 5 to 15% by weight.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße glasig-kristalline Material zusätzlich 0,1 bis 6 Gew-% Magnesiumoxid und/oder Kaliumoxid enthalten und zusätzlich auch die entsprechenden Phasen.Furthermore, the glassy-crystalline according to the invention Material additionally 0.1 to 6% by weight of magnesium oxide and / or Contain potassium oxide and also the corresponding Phases.
Der Gehalt an Na2O, MgO und/oder K2O liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 6 Gew-%. Der Anteil der entsprechenden Ne benkristallphase Natriumzirconiumphosphat liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 10 Gew-%. The content of Na 2 O, MgO and / or K 2 O is preferably in the range from 1 to 6% by weight. The proportion of the corresponding secondary crystal phase sodium zirconium phosphate is preferably in the range from 5 to 10% by weight.
Die Herstellung des glasig-kristallinen Materials erfolgt durch Gemengebildung mit geeignete Substanzen, also mit 15-45 Gew-% CaO, 40-45 Gew-% P2O5, 10-40 Gew-% ZrO2 und 0,7-3,5 Gew-% Fluorid. Das Fluorid wird vorteilhaft als CaF2 eingebracht. Die Gemengebestandteile werden miteinander kom biniert und in geeigneten meist mehrstufigen Temperaturbehand lungsprogrammen (Haltestufen im Bereich von 400 bis 1500°C) in einem geeigneten Tiegelmaterial, vorzugsweise bestehend aus einer Pt/Rh-Legierung, bei 1550 bis 1650°C zum Schmelzen gebracht. Die Schmelze wird vergossen, und die erstarrte Schmelze wird je nach Verwendungszweck an der Luft (spontane Abkühlung) oder im Kühlofen auf Raumtemperatur abgekühlt. Danach wird der Werkstoff aufgemahlen.The glassy-crystalline material is produced by forming a mixture with suitable substances, i.e. with 15-45% by weight CaO, 40-45% by weight P 2 O 5 , 10-40% by weight ZrO 2 and 0.7-3, 5 wt% fluoride. The fluoride is advantageously introduced as CaF 2 . The batch ingredients are combined with one another and in suitable mostly multi-level temperature treatment programs (holding levels in the range from 400 to 1500 ° C) in a suitable crucible material, preferably consisting of a Pt / Rh alloy, melted at 1550 to 1650 ° C. The melt is poured and the solidified melt is cooled to room temperature in the air (spontaneous cooling) or in a cooling furnace, depending on the intended use. Then the material is ground up.
Die hier verwendeten Begriffe "Glaskeramik" und "glasig- kristallines Material" sind im Allgemeinen nicht immer ein deutig definierbar. Es liegen sowohl kristalline als auch glasige bzw. röntgenamorphe Phasen innig vermischt vor. Für die vorliegende Erfindung ist es ohne Belang, ob eine Phase neben der anderen vorliegt oder ob eine Phase die andere um hüllt.The terms "glass ceramic" and "glassy- crystalline material "are generally not always a clearly definable. There are both crystalline and glassy or X-ray amorphous phases are intimately mixed. For the present invention does not matter whether a phase next to the other, or whether one phase turns the other around wraps.
Als "Hauptkristallphase" wird hier eine kristalline Phase bezeichnet, deren Mengenanteil wenigstens doppelt so groß ist, wie die einer Nebenphase, wobei Konzentrationen um 15% und darunter, vorzugsweise unter 10 Gew-% als Nebenphasen bezeich net werden.A crystalline phase is used here as the "main crystal phase" denotes the proportion of which is at least twice as large, like that of a secondary phase, with concentrations around 15% and below, preferably below 10% by weight, referred to as secondary phases net.
Als zusätzlich zu dem genannten glasig-kristallinen Mate rial einsetzbares biokeramisches Material wird vorteilhaft ein Material ausgewählt, das Natrium, Kalium, Calcium, Magnesium, Hydroxyl-Ionen oder Hydroxyl-Bestandteile, Fluorid, Silicat und/oder ortho-Phosphat enthält. Bevorzugt ist ein biokerami sches Material ein solches mit kristallinen Phasen von Ca2KNa(PO4)6 und einer inneren offenen Porenstruktur. Der Zu satz von resorbierbaren Biokeramiken bietet die Möglichkeit des Aufbaus poröser Strukturen, die osteokonduktiv und gleich zeitig stützend wirken können. Der Prozeß der Auflösung der Biokeramikpartikelchen ist abhängig von deren Struktur und kann nach Wunsch eingestellt werden. Als vorteilhaft hat sich u. a. ein Material erwiesen, daß gemäß DE 197 44 809 C1 herge stellt wurde bzw. Werkstoffe, die Ca2KNa(PO4)2 oder ähnliche Phasen enthalten. Verwendet man hingegen langzeitstabile, bio aktive Keramiken oder Glaskeramiken, so sollte eine der kri stallinen Phasen Apatit sein. Als vorteilhaft hat sich eine Glaskeramik auf der Basis Apatit/Wollastonit gemäß DD 247 574 A3 erwiesen.As a bio-ceramic material that can be used in addition to the vitreous-crystalline material mentioned, a material is advantageously selected which contains sodium, potassium, calcium, magnesium, hydroxyl ions or hydroxyl components, fluoride, silicate and / or orthophosphate. A bioceramic material is preferably one with crystalline phases of Ca 2 KNa (PO 4 ) 6 and an inner open pore structure. The addition of resorbable bioceramics offers the possibility of building up porous structures that can have an osteoconductive and supportive effect at the same time. The process of dissolving the bioceramic particles depends on their structure and can be adjusted as required. Among other things, a material has proven to be advantageous that has been manufactured in accordance with DE 197 44 809 C1 or materials that contain Ca 2 KNa (PO 4 ) 2 or similar phases. If, on the other hand, long-term stable, bioactive ceramics or glass ceramics are used, one of the crystalline phases should be apatite. A glass ceramic based on apatite / wollastonite according to DD 247 574 A3 has proven to be advantageous.
Die Teilchengröße (Korngröße, Körnung) kann vorzugsweise im Bereich von 25 bis 160 µm liegen, insbesondere bei 25 bis 90 µm. Die Messung der Teilchengröße erfolgt mit der Laser granulometrie.The particle size (grain size, grain size) can preferably are in the range from 25 to 160 μm, in particular from 25 to 90 µm. The measurement of the particle size takes place with the laser granulometry.
Zur Erzielung eines röntgendichteren Werkstoffes em pfiehlt es sich, ein Material dem erfindungsgemäß herzustel lenden Knochenzement-Komposit beizumischen, das aus folgenden Komponenten besteht bzw. sie in Anteilen größer 30 Masse-% enthält, nämlich: CaZr4(PO4)6 und/oder CaTi4(PO4)6. Für den vorliegenden Anwendungsfall ist es von der Sache her gleichgültig, ob Calcium-Zirkonium- und/oder Calcium-Titan- Orthophosphat in amorpher oder der eher typischen kristallinen Form vorliegt.To achieve a radiopaque material, it is advisable to add a material to the bone cement composite to be produced according to the invention, which consists of the following components or contains them in proportions greater than 30% by mass, namely: CaZr 4 (PO 4 ) 6 and / or CaTi 4 (PO 4 ) 6 . For the present application it does not matter whether calcium-zirconium and / or calcium-titanium orthophosphate is present in amorphous or the more typical crystalline form.
Es wurde weiterhin gefunden, daß als zusätzlicher anorga nischer Füllstoff TiO2 vorzugsweise in Mengen von 0,1 bis 10 Gew-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Zements, und bevor zugt in der Modifikation Rutil zugegeben werden kann und daß dadurch wesentlich erhöhte Festigkeiten erzielt werden können.It has also been found that as an additional inorganic filler TiO 2 can be added, preferably in amounts of 0.1 to 10% by weight, based on the total weight of the cement, and before given in the modification, rutile, and that this achieves significantly increased strengths can be.
Auf Grund seiner Struktur weist der Zement zudem eine Klebrigkeit gegenüber Metalloxiden auf, mit der Folge einer verbesserten Haftung an z. B. keramischen Oberflächen oder Implantaten aus Titanlegierungen mit der jeweils vorgelagerten Oxidschicht.Due to its structure, the cement also has a Stickiness to metal oxides, with the consequence of a improved adhesion to z. B. ceramic surfaces or Implants made of titanium alloys with the respective upstream Oxide layer.
In das erfindungsgemäße Verfahren miteinbezogen werden können Arzneimittel, wie z. B. Antibiotika, die vorteilhaft einzelnen Mischungskomponenten, z. B. dem biokeramischen Mate rial, zugesetzt werden können oder auch allein in das Gemisch eingebracht werden. Bevorzugt ist Gentamycin mit einem Anteil von 0,5 bis 2 Gew-%, vorzugsweise 0,8 bis 1,3 Gew-%, bezogen auf die Gesamtmasse des Zements.To be included in the method according to the invention medicines such as B. Antibiotics that are beneficial individual mixture components, e.g. B. the bio-ceramic mate rial, can be added or alone in the mixture be introduced. Gentamycin is preferred with a portion from 0.5 to 2% by weight, preferably 0.8 to 1.3% by weight, based on the total mass of cement.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Zementes besteht darin, daß es sich hierbei um einen zink- und monomer freien Zement handelt, der einfach anmischbar ist, in seiner Thixotropie und/oder Porengröße einstellbar ist und keine toxischen Substanzen an die Umgebung abgibt. Der erfindungs gemäße Zement ist zinkfrei, was besonders vorteilhaft ist, da Zink in höheren Konzentrationen toxisch wirken kann (Contzen et al., Grundlagen der Alloplastik mit Metallen und Kunst stoff, Thieme Verlag Stuttgart, 1967, S. 56). Insbesondere die fehlende Toxizität infolge der Vermeidung von Zink und Monome ren sowie üblichen Stabilisatoren und Akzeleratoren ist her vorzuheben. Weiterhin vorteilhaft ist, daß er auch nicht wäh rend des Anrührvorgangs zwischen 1 und 10 Minuten, vorzugs weise 4-5 min, aushärtet, und somit eine plastische Phase von durchschnittlich 3 bis 8 min gegeben ist.A particular advantage of the cement according to the invention is that it is zinc and monomeric free cement, which is easy to mix, in its Thixotropy and / or pore size is adjustable and none releases toxic substances into the environment. The invention Proper cement is zinc free, which is particularly beneficial because Zinc can have a toxic effect in higher concentrations (Contzen et al., Basics of Alloplastik with Metals and Art Stoff, Thieme Verlag Stuttgart, 1967, p. 56). especially the lack of toxicity due to avoidance of zinc and monomes ren as well as the usual stabilizers and accelerators to be emphasized. Another advantage is that he does not choose either The mixing process takes between 1 and 10 minutes, preferably wise 4-5 min, hardens, and thus a plastic phase of an average of 3 to 8 minutes is given.
Alle diese Faktoren führen zu einer guten Benetzung des Zementes auf der Implantatoberfläche wie auch des Knochen und somit zu einer gleichmäßigen Schichtdicke. Damit kann ein gleichmäßiger Kontakt zwischen Implantat und Knochen vermit telt durch den Zement gewährleistet werden. Verarbeitungsfeh ler treten dadurch wesentlich vermindert auf.All of these factors lead to good wetting of the Cement on the implant surface as well as the bone and thus a uniform layer thickness. This can be a ensures even contact between implant and bone telt can be guaranteed by the cement. Processing error This means that their occurrence is significantly reduced.
Ein weiterer Vorteil ist die Form- und Volumenbeständig keit des erfindungsgemäßen Knochenzements, bei dem Schrumpf vorgänge wesentlich reduziert sein können. Eine Optimierung führt zu Ergebnissen deutlich unter 1%.Another advantage is the shape and volume retention speed of the bone cement according to the invention, in the case of shrinkage processes can be significantly reduced. An optimization leads to results well below 1%.
Wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner, daß durch Vermeidung der herkömmlichen Polymerisa tionsreaktion die sonst stets auftretende Temperaturerhöhung der exothermen Reaktion und damit die Schädigung umliegender Zellen durch Temperaturen größer etwa 50-60°C vollständig vermieden wird (zu den Nachteilen derartiger Polymerisations reaktionen siehe Liebergall et al., Clin. Orthop. 1998 Apr. (349) 242-248 und Sturup et al., Acta Orthop. Scand. 1994 Feb. 65(1), 20-23). The main advantage of the method according to the invention is further that by avoiding the conventional Polymerisa tion reaction is the otherwise always occurring temperature increase the exothermic reaction and thus the damage to the surrounding area Cells complete at temperatures greater than about 50-60 ° C is avoided (to the disadvantages of such polymerization reactions see Liebergall et al., Clin. Orthop. 1998 April (349) 242-248 and Sturup et al., Acta Orthop. Scand. 1994 Feb 65 (1), 20-23).
Mit Hilfe des Molekulargewichtes des PMMA und der Anzahl der funktionellen Gruppen (Säurezahl) kann die Porengröße ebenfalls eingestellt werden, z. B. können Poren im Bereich von 1 µm bis 159 µm erreicht werden.With the help of the molecular weight of the PMMA and the number the functional groups (acid number) can affect the pore size can also be set, e.g. B. pores in the range of 1 µm to 159 µm can be achieved.
Durch Einsatz des bioaktiven glasig-kristallinen Material sowie gegebenenfalls weiterer biokeramischer Pulver können für des Einsprießen von Zellen optimale Hohlräume infolge des Auflösens von Pulverteilchen geschaffen werden.By using the bioactive glassy-crystalline material and optionally other bioceramic powders can be used for the injection of cells optimal cavities as a result of the Dissolving powder particles are created.
Der Aushärtevorgang wird durch die Ausbildung von Chelat verbindungen hervorgerufen. Diese können durch teilweise lös liche Bestandteile der Keramiken gebildet werden.The hardening process is caused by the formation of chelates connections created. These can be partially resolved Liche components of the ceramics are formed.
Weiterhin kann das Verfahren vorteilhaft gestaltet wer den, indem die Porosität des ausgehärteten Zementes über einen Anteil an resorbierbarem biokeramischen Material eingestellt wird, der im Bereich von 5 bis 80 Gew-%, vorzugsweise 10 bis 40 Gew-% liegen kann, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kno chenzementes. Die Viskosität des form- und spritzbaren Zemen tes wird über den Anteil der Mischungskomponenten und/oder das Molekulargewicht des PMMA eingestellt.Furthermore, the method can be designed advantageously by increasing the porosity of the hardened cement over a Proportion of resorbable bio-ceramic material adjusted is, which is in the range of 5 to 80% by weight, preferably 10 to 40% by weight, based on the total weight of the Kno chenzementes. The viscosity of the moldable and injectable cement tes is based on the proportion of the mixture components and / or the Molecular weight of the PMMA adjusted.
Die Stabilität, charakterisiert durch den Elastizitäts modul (aus Biegefestigkeitsmessungen ermittelt), ist durch das Verhältnis von langzeitstabilem glasig-kristallinem bzw. re sorbierbarem anorganischen Material und gelöstem Polymer in einem Bereich von 5 bis 50 MPa einstellbar.The stability, characterized by the elasticity modulus (determined from flexural strength measurements) is determined by the Ratio of long-term stable glassy-crystalline or re sorbable inorganic material and dissolved polymer in adjustable in a range from 5 to 50 MPa.
Die Erfindung betrifft ferner einen Knochenzement-Kit auf
Basis von Polymethylmethacrylat, gekennzeichnet durch die
folgenden, getrennt voneinander vorliegenden Bestandteile
The invention also relates to a bone cement kit based on polymethyl methacrylate, characterized by the following components that are present separately from one another
- a) 15 bis 50 Gew-% eines monomerfreien Polymethylmethacrylates (PMMA) mit einer mittleren Molmasse von 3000 bis 200 000 Dalton und einer Säurezahl von 10 bis 350 mg KOH pro g Polymer;a) 15 to 50% by weight of a monomer-free polymethyl methacrylate (PMMA) with an average molecular weight of 3000 to 200,000 Dalton and an acid number of 10 to 350 mg KOH per g polymer;
- b) 5 bis 40 Gew-% eines biologisch verträglichen, organischen Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemisches für das PMMA;b) 5 to 40% by weight of a biologically compatible, organic Solvent or solvent mixture for the PMMA;
- c) 0,05 bis 80 Gew-% eines bioaktiven, glasig-kristallinen Materials mit einer Korngröße im Bereich von < 20 bis 200 µm, wobei das glasig-kristalline Material aus 15-45 Gew-% CaO, 40-45 Gew-% P2O5, 10-40 Gew-% ZrO2 und 0,7-3,5 Gew-% Fluorid besteht und als Hauptkristallphasen Apatit und Calci umzirconiumphosphat und als Nebenbestandteil eine Glasphase enthält, worin die Hauptkristallphasen zusammen wenigstens 35 Gew-% betragen und die Nebenbestandteile 5 bis 15 Gew-% betra gen.c) 0.05 to 80% by weight of a bioactive, vitreous-crystalline material with a grain size in the range of <20 to 200 µm, the vitreous-crystalline material consisting of 15-45% by weight of CaO, 40-45% by weight P 2 O 5 , 10-40% by weight of ZrO 2 and 0.7-3.5% by weight of fluoride and contains apatite and calcium zirconium phosphate as the main crystal phases and a glass phase as a secondary component, in which the main crystal phases together are at least 35% by weight and the minor ingredients are 5 to 15% by weight.
Der Knochenzement-Kit kann zusätzlich einzeln oder als Gemisch mit der Komponente c) Bestandteile enthalten, die aus gewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus TiO2, Röntgenkon trastmittel wie CaZr4(PO4)6 oder CaTi4(PO4)6, ein resorbierbares biokeramisches Material mit kristallinen Phasen von Ca2KNa(PO4)6 und einer inneren offenen Porenstruktur, eine langzeitstabile Glaskeramik auf der Basis Apatit/Wollastonit (gemäß DD 247 574) oder Gemische davon.The bone cement kit can additionally contain, individually or as a mixture with component c), ingredients selected from the group consisting of TiO 2 , X-ray contrast agents such as CaZr 4 (PO 4 ) 6 or CaTi 4 (PO 4 ) 6 , a resorbable bioceramic material with crystalline phases of Ca 2 KNa (PO 4 ) 6 and an inner open pore structure, a long-term stable glass ceramic based on apatite / wollastonite (according to DD 247 574) or mixtures thereof.
Das biologisch verträgliche Lösungsmittel, das zu dem erfindungsgemäßen Knochenzement-Kit gehört, ist Acetessigsäu reethylester oder ein Gemisch von Acetessigsäureethylester mit Ethanol, wobei Ethanol bis zu 4 Vol-% Wasser enthalten kann. Vorzugsweise ist es Acetessigsäureethylester.The biologically compatible solvent that leads to the Part of the bone cement kit according to the invention is acetoacetic acid reethyl ester or a mixture of ethyl acetoacetate with Ethanol, whereby ethanol can contain up to 4% by volume of water. It is preferably ethyl acetoacetate.
Der erfindungsgemäße Kit liegt in sterilisierter Form vor, wobei die Sterilisation durch Ethylenoxid oder mittels Strahlensterilisation vorgenommen werden kann.The kit according to the invention is in sterilized form before, the sterilization by ethylene oxide or means Radiation sterilization can be made.
Weiterhin kann der Kit Arzneimittelkomponenten im Gemisch mit den Einzelkomponenten oder gesondert enthalten, insbeson dere Antibiotika.Furthermore, the kit can contain drug components in a mixture included with the individual components or separately, in particular other antibiotics.
Die Erfindung soll nachstehend durch Beispiele näher erläutert werden. Alle Prozentangaben sind auf das Gewicht bezogen.The invention is explained in greater detail below by way of examples explained. All percentages are based on weight based.
Es wird ein Gemenge bereitet, das folgender Zusammensetzung
entspricht (Code: Apatit/CZP1):
25,88 CaO
28,44 ZrO2
28,68 P2O5
5,00 CaF2
A mixture is prepared that has the following composition (code: apatite / CZP1):
25.88 CaO
28.44 ZrO 2
28.68 P 2 O 5
5.00 CaF 2
Dabei erweist es sich als praktikabel, den CaO-Anteil in Form von 62,79 CaHPO4 einzusetzen und den noch notwendigen P2O5- Anteil in Form von 10,51 ml einer 85%igen H3PO4. Zunächst wird CaHPO4, ZrO2 und CaF2 gut vermischt, danach mit der Phosphor säure versetzt, nach Reaktion gemörsert, wobei 4 h Trockenhal testufen von 120°C und 170°C eingelegt wurden. Diese Reak tionsgemisch wird in einem Pt/Rh-Tiegel gefüllt und über die 1 h Haltestufen 400 und 800°C erhitzt, abgekühlt und anschlie ßend gemörsert. Das so vorbehandelte Material wird nunmehr im Pt/Rh-Tiegel mit jeweils 15 min Haltezeit in den Stufen 800, 1000, 1300, 1500 und schließlich 1600°C zum Schmelzen gebracht und sodann auf eine Stahlplatte (Raumtemperatur) gegossen.It proves to be practicable to use the CaO portion in the form of 62.79 CaHPO 4 and the still necessary P 2 O 5 portion in the form of 10.51 ml of an 85% H 3 PO 4 . First, CaHPO 4 , ZrO 2 and CaF 2 are mixed well, then the phosphoric acid is added, and after the reaction, the mixture is ground in a mortar, with 4 h Trockenhal test stages of 120 ° C and 170 ° C were inserted. This reaction mixture is filled into a Pt / Rh crucible and heated over the 1 h holding stages 400 and 800 ° C, cooled and then ground in a mortar. The material pretreated in this way is then melted in the Pt / Rh crucible with a holding time of 15 min in each case in stages 800, 1000, 1300, 1500 and finally 1600 ° C. and then poured onto a steel plate (room temperature).
Ein Teil der Schmelze wurde durch Mahlen in einer Achatmühle zerkleinert, unter 43 µm abgesiebt und sodann einer röntgendif fraktographischen Untersuchung unterzogen. Das Ergebnis zeigt, daß in dem glasig-kristallinen Produkt die Kristallphasen Apatit (Fluorapatit/Hydroxylapatit) und Calciumzirconium phosphat [CaZr4(PO4)6] deutlich nachweisbar sind.Part of the melt was comminuted by grinding in an agate mill, sieved to a size below 43 μm and then subjected to a X-ray diffractographic examination. The result shows that the crystal phases apatite (fluoroapatite / hydroxyapatite) and calcium zirconium phosphate [CaZr 4 (PO 4 ) 6 ] are clearly detectable in the glassy-crystalline product.
Der restliche Teil der Schmelze wird auf eine Körnung von < 20 bis 200 µm gebracht.The remaining part of the melt is reduced to a grain size of <20 brought up to 200 µm.
Es wird ein Gemenge nach der Vorschrift des Beispiels 1 herge
stellt mit dem Unterschied, daß hier als zusätzliche Kompo
nente Natriumoxid eingebracht wird (Code: Apatit/CZP2). Der
Ansatz sieht die Verwendung folgender Gemengebestandteile vor:
59,93 CaHPO4
27,10 ZrO2
3,42 Na2O
5,00 CaF2 und
9,56 ml einer 85%igen H3PO4-Säure.A mixture is produced according to the instructions in Example 1, with the difference that sodium oxide is introduced here as an additional component (code: apatite / CZP2). The approach envisages the use of the following batch components:
59.93 CaHPO 4
27.10 ZrO 2
3.42 Na 2 O
5.00 CaF 2 and
9.56 ml of an 85% H 3 PO 4 acid.
Es wurde wie im Beispiel 1 gearbeitet. Nach der letzten Tempe raturhaltestufe wurde die Schmelze aus dem Tiegel auf eine Stahlplatte gegossen. The procedure was as in Example 1. After the last tempe The melt from the crucible was transferred to a temperature holding level Cast steel plate.
Ein Teil der Schmelze wurde durch Mahlen in einer Achatmühle zerkleinert, unter 43 µm abgesiebt und sodann einer röntgendif fraktographischen Untersuchung unterzogen. Das Ergebnis zeigt, das in dem glasig-kristallinen Produkt die Kristall phasen Apatit (Fluorapatit/Hydroxylapatit) und Calciumzirconi umphosphat [CaZr4(PO4)6] und Natriumzirconiumphosphat [NaZr2(PO4)3] nach weisbar sind.Part of the melt was comminuted by grinding in an agate mill, sieved to a size below 43 μm and then subjected to a X-ray diffractographic examination. The result shows that the crystal phases apatite (fluorapatite / hydroxyapatite) and calcium zirconium phosphate [CaZr 4 (PO 4 ) 6 ] and sodium zirconium phosphate [NaZr 2 (PO 4 ) 3 ] can be detected in the glassy crystalline product.
Der restliche Teil der Schmelze wird auf eine Körnung von < 20 bis 200 µm gebracht.The remaining part of the melt is reduced to a grain size of <20 brought up to 200 µm.
Es erfolgte die Herstellung eines glasig-kristallinen Materi als nach Beispiel 1 (Apatit/CZP1). Das Material wird durch Mahlen in einer mit Zirconiumoxid ausgekleideten Mühle zer kleinert, so daß sich ein D50-Wert von 8 µm ergab. Das gemahlene Gut wird mit einer 5%igen Polyvinylalkohol(PVA)-Lösung im Verhältnis Mahlgut zu PVA-Lösung von 90 : 10 Masse-% versetzt und zu einem Stab mit 4,7 kN in einem Preßgesenk verpreßt. Dieser Rohkörper wird gesintert bei einer Temperatur von 1050°C.A glassy-crystalline material was produced as in Example 1 (apatite / CZP1). The material is crushed by grinding in a mill lined with zirconium oxide so that a D 50 value of 8 μm was obtained. The ground material is mixed with a 5% polyvinyl alcohol (PVA) solution in a ratio of ground material to PVA solution of 90: 10% by mass and pressed into a bar with 4.7 kN in a press die. This green body is sintered at a temperature of 1050 ° C.
An dem auf diese Weise erhaltenen relativ dichten Formkörper
wird der thermische Ausdehnungskoeffizient (AK) bestimmt:
AK im Bereich von 27-400°C: 1,90.10-6 K-1
AK im Bereich von 50-400°C: 1,86.10-6 K-1
AR im Bereich von 30-300°C: 1,45.10-6 K-1
AR im Bereich von 30-400°C: 1,88.10-6 K-1
AK im Bereich von 30-600°C: 2,6.10-6 K-1
AK im Bereich von 30-800°C: 3,2.10-6 K-1 The thermal expansion coefficient (AK) is determined on the relatively dense molded body obtained in this way:
AK in the range of 27-400 ° C: 1.90.10 -6 K -1
AK in the range of 50-400 ° C: 1.86.10 -6 K -1
AR in the range of 30-300 ° C: 1.45.10 -6 K -1
AR in the range of 30-400 ° C: 1.88.10 -6 K -1
AK in the range of 30-600 ° C: 2.6.10 -6 K -1
AK in the range of 30-800 ° C: 3.2.10 -6 K -1
Es erfolgt die Herstellung eines glasig-kristallinen Materials nach Beispiel 1 (Apatit/CZP1). Sodann wird das Material gemör sert und eine Kornfraktion von 315-400 µm daraus hergestellt.A glassy-crystalline material is produced according to example 1 (apatite / CZP1). Then the material is gemör sert and a particle size fraction of 315-400 µm is made from it.
Das auf diese Weise erhaltene Granulat wird im Vergleich zu einem Grundglas (Ap40Glas) und einer aus diesem Grundglas herge stellten Glaskeramik auf der Basis von Apatit und Wollastonit (Ap40krist.) [Chemische Zusammensetzung also identisch zu (Ge wichts-%): 44,3 SiO2; 11,3 P2O5; 31,9 CaO; 4,6 Na2O; 0,19 K2O; 2,82 MgO und 4,99 CaF2] hinsichtlich seiner chemischen Bestän digkeit verglichen.The granulate obtained in this way is compared to a base glass (Ap40 glass ) and a glass ceramic produced from this base glass on the basis of apatite and wollastonite (Ap40 crystalline ) [chemical composition therefore identical to (weight%): 44 , 3 SiO 2 ; 11.3 P 2 O 5 ; 31.9 CaO; 4.6 Na 2 O; 0.19 K 2 O; 2.82 MgO and 4.99 CaF 2 ] compared with regard to its chemical resistance.
Zu diesem Zweck wurden zunächst die spezifischen Oberflächen
nach BET mit Krypton als Meßgas bestimmt zu:
Apatit/CZP1: 0,364 m2/g
Ap40Glas: 0,018 m2/g
Ap40krist.: 0,055 m2/g.For this purpose, the specific BET surface areas were first determined using krypton as the measuring gas:
Apatite / CZP1: 0.364 m 2 / g
Ap40 glass : 0.018 m 2 / g
Ap40 crystall. : 0.055 m 2 / g.
Hier zeigt sich, daß das im erfindungsgemäßen Knochenzement eingesetzte glasig-kristalline Material eine gewisse offene Porosität im Vergleich zum Grundglas und der daraus herge stellten Glaskeramik aufweist. Diesen Unterschieden wird bei den Lösungsuntersuchungen dadurch Rechnung getragen, indem das Oberflächen (Proben) zu Lösungsmittelvolumen (TRIS-HCl-Puffer- Lösung) konstant auf 5 cm-1 eingestellt wird.This shows that the vitreous-crystalline material used in the bone cement according to the invention has a certain open porosity compared to the base glass and the glass ceramic made from it. These differences are taken into account in the solution investigations by setting the surface area (samples) to the solvent volume (TRIS-HCl buffer solution) constant at 5 cm -1 .
Als Lösungsmittel wurde eine 0,2 M TRIS-HCl-Puffer-Lösung mit
pH = 7,4 bei 37°C verwendet. Die Lagerung erfolgte bei 37°C
über eine Zeitdauer von 120 h. Danach wurde die Gesamtlöslich
keit durch Bestimmung der Einzelionen (Ca, P, Zr) in der Lö
sung mit Hilfe einer ICP-Messung bestimmt zu:
Apatit/CZP1: 4,1-5,1 mg/L
Ap40Glas: 318-320 mg/L
Ap40krist.: 75,2-82,0 mg/L.A 0.2 M TRIS-HCl buffer solution with pH = 7.4 at 37 ° C. was used as the solvent. It was stored at 37 ° C. for a period of 120 hours. The total solubility was then determined by determining the individual ions (Ca, P, Zr) in the solution using an ICP measurement as follows:
Apatite / CZP1: 4.1-5.1 mg / L
Ap40 glass : 318-320 mg / L
Ap40 crystall. : 75.2-82.0 mg / L.
Die Werte belegen eindrucksvoll die hohe chemische Beständig keit des in dem erfindungsgemäßen Knochenzement eingesetzten neuen Werkstoffes unter simulierten physiologischen Bedingun gen, einer bekannten Methode zur Bestimmung der Langzeitbe ständigkeit in vitro.The values impressively prove the high chemical resistance speed of the used in the bone cement according to the invention new material under simulated physiological conditions gen, a well-known method for determining long-term be persistence in vitro.
Es wird vorgegangen wie im Beispiel 4, jedoch wird eine 0,2 M TRIS-HCl-Puffer-Lösung mit dem pH-Wert von 6,0 bei 37°C zur Messung verwendet. Auf diese Weise läßt sich der Fall simu lieren, daß infolge einer Wundheilungs- oder Spätinfektion der pH-Wert von den physiologischen 7,4 in den sauren Bereich abgleitet.The procedure is as in Example 4, but a 0.2 M TRIS-HCl buffer solution with a pH of 6.0 at 37 ° C Measurement used. In this way the case can be simu lieren that as a result of a wound healing or late infection of the pH from the physiological 7.4 to the acidic range slides off.
Mit Hilfe der ICP wurden nun folgende Werte der Gesamtlösung
bestimmt:
Apatit/CZP1: 16-19 mg/L
Ap40Glas: 505-518 mg/L
Ap40krist.: 117-125 mg/L.With the help of the ICP, the following values of the total solution were determined:
Apatite / CZP1: 16-19 mg / L
Ap40 glass : 505-518 mg / L
Ap40 crystall. : 117-125 mg / L.
Die Werte belegen eindrucksvoll die hohe chemische Beständig keit des für die Erfindung eingesetzten Werkstoffes unter simulierten Bedingungen, wie sie bei einer Entzündungsreaktion vorliegen. Demzufolge ist die Erhöhung der absoluten Werte der Löslichkeit für den erfindungsgemäßen Werkstoff wesentlich geringer im Vergleich zu der doch dramatischen Erhöhung im Falle des Grundglases bzw. der Glaskeramik auf Apatit/Wolla stonit-Basis.The values impressively prove the high chemical resistance speed of the material used for the invention simulated conditions such as those encountered in an inflammatory response are present. Hence, the increase in the absolute values is the Solubility essential for the material according to the invention lower compared to the dramatic increase in Trap of the base glass or the glass ceramic on apatite / wolla stonite base.
Ausgangsmaterial war ein monomerfreies, säurezahlmodifiziertes Polymethylmethacrylat (PMMA) mit einer mittleren Molmasse von ca. 100000 3 g des PMMA (Säurezahl 62 mg KOH/g) wurden in 7 g einer Mischung aus 50 Teilen Ethanol (abs.) und 60 Teilen Acetetessigsäureethylester in eine 30 Gew-% Lösung unter Rüh ren überführt. Danach wurde ein Gemisch aus glasig-kristalli nem Material bzw. biokeramischem Material unter Rühren bis zur Homogenität bei Raumtemperatur (18-25°C) eingearbeitet.The starting material was a monomer-free, acid number-modified one Polymethyl methacrylate (PMMA) with an average molecular weight of approx. 100,000 3 g of the PMMA (acid number 62 mg KOH / g) were in 7 g a mixture of 50 parts of ethanol (abs.) and 60 parts Ethyl acetoacetate in a 30% by weight solution with stirring ren convicted. Then a mixture of glassy-crystalline nem material or bio-ceramic material with stirring up to Incorporated homogeneity at room temperature (18-25 ° C).
Das erhaltene Gesamtgemisch mit cremiger Konsistenz wurde als Knochenzement innerhalb einer der jeweiligen Abbindezeit ver arbeitet.The resulting overall mixture with a creamy consistency was as Bone cement within one of the respective setting times ver is working.
In der nachfolgenden Tabelle sind die jeweiligen Angaben für die Einzelkomponenten als prozentuale Anteile des Gesamtgemi sches angegeben. Polymeransatz bedeutet Polymeres + Lösungs mittel. The following table shows the respective information for the individual components as a percentage of the total mixture sches specified. Polymer approach means polymer + solution middle.
Die zugesetzten Biokeramiken bzw. das glasig-kristalline Mate
rial hatten eine mittlere Korngröße von 50-200 µm. Folgende
Materialien wurden eingesetzt:
The added bio-ceramics or the glassy-crystalline mate rial had an average grain size of 50-200 µm. The following materials were used:
Das Material ließ sich sehr leicht anrühren und hatte eine klebrig-cremige Konsistenz. Es war spritzbar und wasserbestän dig. Man erreichte Porendurchmesser bis 150 µm. Die Biegefe stigkeit betrug 12,2 MPa.The material was very easy to stir and had a sticky-creamy consistency. It was sprayable and water-resistant dig. Pore diameters of up to 150 µm were achieved. The bending force strength was 12.2 MPa.
Ausgangsmaterial war ein monomerfreies, säurezahlmodifiziertes Polymethylmethacrylat (PMMA) mit einer mittleren Molmasse von ca. 100 000 3 g des PMMA (Säurezahl 62 mg KOH/g) wurden in 7 g einer Mischung aus 60 Teilen Ethanol (96%) und 50 Teilen Acet essigsäureethylester in eine 30 Gew-% Lösung unter Rühren überführt. Danach wurde ein Gemisch aus biokeramischem Materi al unter Rühren bis zur Homogenität bei Raumtemperatur (18- 25°C) eingearbeitet.The starting material was a monomer-free, acid number-modified one Polymethyl methacrylate (PMMA) with an average molecular weight of approx. 100,000 3 g of the PMMA (acid number 62 mg KOH / g) were in 7 g a mixture of 60 parts of ethanol (96%) and 50 parts of acetone ethyl acetate in a 30% by weight solution with stirring convicted. Then a mixture of bio-ceramic material was made al with stirring until homogeneous at room temperature (18- 25 ° C) incorporated.
Das erhaltene Gesamtgemisch mit cremiger Konsistenz wurde als Knochenzement innerhalb einer der jeweiligen Abbindezeit ver arbeitet.The resulting overall mixture with a creamy consistency was as Bone cement within one of the respective setting times ver is working.
In der nachfolgenden Tabelle sind die jeweiligen Angaben für die Einzelkomponenten als prozentuale Anteile des Gesamtgemi sches angegeben.The following table shows the respective information for the individual components as a percentage of the total mixture sches specified.
Die zugesetzten Biokeramiken hatten eine mittlere Korngröße
von 50-200 µm. Folgende Biokeramiken wurden eingesetzt:
The added bioceramics had an average grain size of 50-200 µm. The following bioceramics were used:
Das Material ließ sich leicht anrühren und hatte eine klebrig- cremige Konsistenz. Es war spritzbar und wasserbeständig. Man erreichte Porendurchmesser bis 150 µm. Die Biegefestigkeit betrug 10,4 MPa.The material was easy to stir and had a sticky creamy consistency. It was sprayable and water-resistant. Pore diameters of up to 150 µm were achieved. The flexural strength was 10.4 MPa.
Claims (16)
15 bis 50 Gew-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Knochenze ments, eines monomerfreien Polymethylmethacrylates (PMMA) mit einer mittleren Molmasse von 3000 bis 200000 Dalton und einer Säurezahl von 10 bis 350 mg KOH pro g Polymer
mit einem biologisch verträglichen, organischen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch für das PMMA vermischt, und
der Mischung 0,05 bis 80 Gew-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Knochenzements, eines bioaktiven, glasig-kristallinen Materials mit einer Korngröße im Bereich von < 20 bis 200 µm zusetzt, bestehend aus 15-45 Gew-% CaO, 40-45 Gew-% P2O5, 10-40 Gew-% ZrO2 und 0,7-3,5 Gew-% Fluorid, bezogen auf das Gesamtgewicht des glasig-kristallinen Materials, und als Hauptkristallphasen Apatit und Calciumzirconiumphosphat und als Nebenbestandteil eine Glasphase aufweisend, worin die Hauptkristallphasen des glasig-kristallinen Materials zusammen wenigstens 35 Gew-% betragen und die Nebenbestandteile 5 bis 15 Gew-% betragen,
unter Rühren und bei einer Temperatur von 10 bis 50°C bis zum Erhalt einer fließfähigen Mischung mit einer offenen Verarbei tungszeit im Bereich von 1 bis 20 Minuten.1. A method for producing a bioactive bone cement, characterized in that one
15 to 50% by weight, based on the total weight of the bone cement, of a monomer-free polymethyl methacrylate (PMMA) with an average molecular weight of 3000 to 200,000 Daltons and an acid number of 10 to 350 mg KOH per g of polymer
mixed with a biologically compatible, organic solvent or solvent mixture for the PMMA, and
0.05 to 80% by weight, based on the total weight of the bone cement, of a bioactive, glassy-crystalline material with a grain size in the range of <20 to 200 µm, consisting of 15-45% by weight of CaO, 40- 45% by weight of P 2 O 5 , 10-40% by weight of ZrO 2 and 0.7-3.5% by weight of fluoride, based on the total weight of the vitreous-crystalline material, and apatite and calcium zirconium phosphate as the main crystal phases and one as a minor component Having a glass phase, in which the main crystal phases of the vitreous-crystalline material together amount to at least 35% by weight and the secondary constituents are 5 to 15% by weight,
with stirring and at a temperature of 10 to 50 ° C until a flowable mixture is obtained with an open processing time in the range of 1 to 20 minutes.
- - Gesamtlöslichkeit von 4 bis 5,5 mg/l, wenn die Prüfung in 0,2 M TRIS-HCl-Puffer-Lösung bei pH = 7,4, T = 37°C, an einer Korn fraktion von 315-400 µm, 120 h lang bei einem Probenoberflä chen-zu-Lösungsmittelvolumen-Verhältnis von 5 cm-1 erfolgt,
- - thermischer Ausdehnungskoeffizient zwischen 1,4 und 6.10-6 K-1 zwischen 27°C und 800°C,
- - Stabilität im pH-Bereich zwischen 7,0 und 7,5.
- - Total solubility of 4 to 5.5 mg / l if the test is carried out in 0.2 M TRIS-HCl buffer solution at pH = 7.4, T = 37 ° C, on a particle size fraction of 315-400 µm, Takes place for 120 h at a sample surface-to-solvent volume ratio of 5 cm -1 ,
- - thermal expansion coefficient between 1.4 and 6.10 -6 K -1 between 27 ° C and 800 ° C,
- - Stability in the pH range between 7.0 and 7.5.
- a) 15 bis 50 Gew-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Knochenzements, eines monomerfreien Polymethylmethacrylates (PMMA) mit einer mittleren Molmasse von 3000 bis 200 000 Dalton und einer Säurezahl von 10 bis 350 mg KOH pro g Polymer;
- b) 10 bis 40 Gew-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Knochenzements, eines biologisch verträglichen, organischen Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemisches für das PMMA;
- c) 0,05 bis 80 Gew-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Knochenzements, eines bioaktiven, glasig-kristallinen Materi als mit einer Korngröße im Bereich von < 20 bis 200 µm, be stehend aus 15-45 Gew-% CaO, 40-45 Gew-% P2O5, 10-40 Gew-% ZrO2 und 0,7-3,5 Gew-% Fluorid, bezogen auf das Gesamtge wicht des glasig-kristallinen Materials, und als Hauptkri stallphasen Apatit und Calciumzirconiumphosphat und als Neben bestandteil eine Glasphase aufweisend, worin die Hauptkri stallphasen des glasig-kristallinen Materials zusammen wenig stens 35 Gew-% betragen und die Nebenbestandteile 5 bis 15 Gew-% betragen.
- a) 15 to 50% by weight, based on the total weight of the bone cement, of a monomer-free polymethyl methacrylate (PMMA) with an average molecular weight of 3000 to 200,000 Daltons and an acid number of 10 to 350 mg KOH per g of polymer;
- b) 10 to 40% by weight, based on the total weight of the bone cement, of a biologically compatible, organic solvent or solvent mixture for the PMMA;
- c) 0.05 to 80% by weight, based on the total weight of the bone cement, of a bioactive, glassy-crystalline material with a grain size in the range of <20 to 200 μm, consisting of 15-45% by weight CaO, 40 -45% by weight P 2 O 5 , 10-40% by weight ZrO 2 and 0.7-3.5% by weight fluoride, based on the total weight of the glassy-crystalline material, and as the main crystal phases apatite and calcium zirconium phosphate and as a secondary component having a glass phase, wherein the Hauptkri stall phases of the vitreous-crystalline material together are little least 35% by weight and the secondary components are 5 to 15% by weight.
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